Transcript Aplikacje e-zdrowia, prof. dr hab. inż. Jerzy Świątek, Politechnika

CS3
Zastosowania Internetu Przyszłości
Zadanie 3.2 – Sieci e-zdrowie
Uniwersalna Platforma Komunikacyjna (PWr)
SmartFit (PWr)
E-Diab (PWr)
Astma (AGH)
Prywatna sieć e-zdrowie Rodziny (PCSS)
Jerzy Świątek, Politechnika Wrocławska
Warszawa, maj 2013
1
Zadanie 3.2
Aplikacja:
Uniwersalna Platforma Komunikacyjna
2
Kompozycja i personalizacja
usług
Uniwersalna Platforma
Komunikacyjna
• W pełni funkcjonalny prototyp platformy umożliwiający:
• negocjację wartości parametrów komunikacyjnych specyficznych
dla aplikacji (sygnalizacja w service stratum),
• mapowanie wymagań komunikacyjnych aplikacji na wymagania
warstwy transportowej w IPv6 QoS,
• sygnalizację do sieci – styk SCF – RACF,
• integrację wielu aplikacji na wspólnej platformie komunikacyjnej
• Zintegrowano aplikacje eDiab, SmartFit i Online Lab
• Prototyp platformy dla potrzeb testów wydajnościowych
sygnalizacji:
• przykładowe usługi (moduły) rozporoszonej aplikacji,
• moduł generowania scenariuszy użycia testowej aplikacji
• praca w sieciach: IPv6 QoS, IPv6 best effort, IPv4 best effort
RACF - Resource Access Control Facility
4
4
Uniwersalna Platforma
Komunikacyjna
•
Platforma
•
•
•
•
•
Sygnalizacja w service stratum
•
•
•
•
•
konfiguracja usług oraz rezerwacja zasobów obliczeniowych – XML-RPC,
negocjacje specyficzne dla aplikacji – XMPP
definiowanie własnych negocjatorów – sygnalizacja specyficzna dla aplikacji
konfiguracja domyślnego negocjatora – automatyczna obsługa typowych przypadków
Sygnalizacja do sieci (SCF – RACF):
•
•
•
•
•
5
5
obsługa TCP, UDP, XMPP dla połączeń między usługami
rejestracja usług korzystających z UPK
możliwość dodania opisu usługi dla potrzeb automatycznego zestawiania scenariuszy
konfiguracja komponentów platformy w pliku zewnętrznym
obsługa żądania zestawienia połączenia z wieloma usługami
obsługa żądania rozpoczęcia przepływu danych pomiędzy wieloma usługami w ramach danego
scenariusza
obsługa żądania zestawienia połączeń podanych jako graf połączeń pomiędzy wieloma usługami
mającymi wziąć udział w danym scenariuszu
obsługa żądania przerwania danego scenariusza
obsługa żądania sprawdzenia stanu danego scenariusza
UDP – User Datagram Protocol
TCP - Transport Control Protocol
XMPP - Extensible Messaging and Presence Protocol
Uniwersalna Platforma
Komunikacyjna
- scenariusze testowe
•
Testy wydajnościowe:
•
•
•
•
•
sygnalizacji dla większych scenariuszy i intensywności napływu
żądań (losowe scenariusze testowe),
sygnalizacji po integracji z warstwą transportową (losowe
scenariusze testowe),
sygnalizacji dla pojedynczej aplikacji (rzeczywiste scenariusze – np.
SmartFit),
sygnalizacji dla wielu zintegrowanych aplikacji (rzeczywiste
scenariusze eDiab, SmartFit i Astma).
Testy poprawności działania systemu zintegrowanego z
IPv6 QoS w testbedzie CeBIT.
6
6
Uniwersalna Platforma
Komunikacyjna
- wyniki testów
•
•
Testy dotyczyły wydajności sygnalizacji service stratum z
wykorzystaniem usług testowych,
Warunki:
•
•
•
•
8 usług na 2 oddzielnych maszynach,
scenariusze wymagające zestawienia od 1 do 5 połączeń,
intensywność napływu żądań realizacji scenariuszy: 1-5 żądań/s,
Rezultaty:
•
•
7
średni czas zestawienia połączeń dla scenariusza: 300ms,
dla 95% żądań czas obsługi krótszy niż 550ms.
Uniwersalna Platforma
Komunikacyjna
- wyniki testów
0,6
scenariusze
jednopołączeniowe 
λ=1
λ=2
λ=3
λ=4
λ=5
0,5
Frequency
0,4
1
0,9
0,8
0,3
0,2
0,6
0,1
0,5
0
0,4
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
0,3
Request completion time [ms]
0,2
0,6
0,1
λ=1
0
λ=2
λ=3
λ=4
λ=5
0,5
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Request completion time [ms]
Completion time frequency
Completion time distribution
scenariusze i intensywności
losowane
0,4
Frequency
Frequency
0,7
0,3
0,2
0,1
8
scenariusze
czteropołączeniowe 
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900
Request completion time [ms]
Zadanie 3.2
Aplikacja:
SmartFit
9
SmartFit
aplikacja wspierająca trening sportowca
trener
- parametry modelu wysiłek fizyczny-stopień
wytrenowania
- plan treningu
pomiary,
transmisja WiFi
sieć
usługi SmartFit
rekomendacje dotyczące treningu sportowca:
fizycznego
technicznego
pomiary,
transmisja Bluetooth
bezprzewodowa
sieć dostępowa
-
stopień wytrenowania
-
umiejętności techniczne sportowca
Wspomaganie treningu sportowca
SmartFit
aplikacja wspierająca trening sportowca
Funkcjonalność
Bezprzewodowa akwizycja
danych
kinematycznych (przyspieszenie
liniowe), prędkość kątowa
fizjologicznych (EMG, EKG, puls)
Przetwarzanie danych
filtrowanie
klasyfikacja
modelowanie
estymacja parametrów modelu
Wspomaganie podejmowania
decyzji
w konstrukcji planu treningu fizycznego
rekomendacje dla treningu
technicznego
detekcja upadków
11
Zalety
realizacja usług z uwzględnieniem stanu sieci i
zasobów;
możliwość integracji usług zaprojektowanych
na potrzeby innych aplikacji;
możliwość personalizacji usług;
adaptacja do wymagań użytkownika.
SmartFit
- implementacja
•
komunikacja bezprzewodowa pomiędzy urządzeniem mobilnym a czujnikami pomiarowymi:
Shimmer-Research i Zephyr Technology;
•
komunikacja bezprzewodowa pomiędzy urządzeniem mobilnym a zdalnym serwerem:
•
•
•
•
•
baza danych;
moduły przetwarzania danych;
moduły wspomagania podejmowania decyzji.
prezentacja danych z czujników pomiarowych oraz wyników ich przetwarzania (serwis www):
•
•
•
•
serwis www;
moduł prezentacji bieżących wyników pomiarów z czujników bezprzewodowych;
moduł prezentacji aktualnej lokalizacji użytkownika;
moduł geolokalizacji z wykorzystaniem systemu GPS;
integracja z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną.
12
SmartFit
- funkcjonalność
Aplikacja działająca na urządzeniu mobilnym:
•
•
•
•
moduł wyświetlania w czasie rzeczywistym pomiarów z czujników;
moduł szacowania stopnia wytrenowania sportowca;
moduł szacowania wydatku energetycznego podczas treningu;
moduł monitorowania treningu i wykrywania sytuacji niebezpiecznych
(detekcja upadku).
•
13
moduł zapisu historii treningu.
SmartFit
- funkcjonalność
serwis www:
•
•
•
moduł wyświetlania w czasie rzeczywistym pomiarów z czujników;
moduł lokalizacji sportowca podczas treningu (system GPS);
moduł monitorowania sportowca podczas treningu:
•
•
•
•
14
wykrywanie sytuacji niebezpiecznych (np. dla trybu detekcji upadku);
rozpoznawanie typów aktywności oraz czasu ich trwania;
szacowanie wydatkowanej podczas treningu energii;
moduł oceny techniki sportowca.
SmartFit
- testy
Przeprowadzono następujące testy dla aplikacji SmartFit:
•
•
integracja aplikacji SmartFit z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną;
testy wydajności aplikacji – profilowanie kodu celem optymalizacji
mechanizmu dostarczania funkcjonalności programu;
•
testy zużycia energii – wyznaczenie elementów najbardziej
kosztowych energetycznie (Bluetooth, Wi-Fi, wizualizacja danych);
•
testy obciążenia warstwy sprzętowej – oszacowanie wpływu pracy
programu na temperaturę podzespołów;
•
test aplikacji z wykorzystaniem transmisji GPRS.
15
Zadanie 3.2
Aplikacja:
eDiab
16
eDiab
System wspomagania
podejmowania decyzji
archiwizacja
personel
medyczny
estymacja parametrów
modelu Glukoza-Insulina
wspomaganie decyzji
sieć
pomiary
usługi eDiab
profile glikemii i ciśnienia
stężenie glukozy
ciśnienie
bezprzewodowa
sieć dostępowa
17
ocena stanu zdrowia
prognoza stężenia glukozy po
posiłku
stan zdrowia
eDiab
Aplikacja do wspomagania terapii
osób chorych na cukrzycę typu II
Funkcjonalność
Akwizycja danych pomiarowych
stężenie glukozy we krwi
ciśnienie
Przetwarzanie danych
klasyfikacja
estymacja parametrów modelu
Wspomaganie podejmowania
decyzji
prognozowanie stężenia glukozy
obsługa sytuacji krytycznych
generowanie powiadomień
ocena stanu zdrowia
Interfejs użytkownika
strona www
urządzenie mobilne (smartfon, tablet)
18
Zalety
Usługi aplikacji udostępniane są w sieci
Realizacja usług z uwzględnieniem stanu sieci i
dostępnych zasobów
Możliwość integracji usług różnych aplikacji
Personalizacja
Adaptacja
eDiab
- implementacja
• Komunikacja bezprzewodowa (Bluetooth) smartfon – czujniki:
• glukometr GlucoTel,
• ciśnieniomierz PressureTel,
• Serwis www z bazą danych (pomiary, karta pacjenta, notatki
lekarza)
• Komunikacja smartfon – baza danych
• Integracja z Uniwersalną Platformą Komunikacyjną
• Regułowa baza wiedzy dotycząca zależności między wynikami
pomiarów a stanem pacjenta
• Algorytm klasyfikacji przychodzących pomiarów
• Algorytm estymacji parametrów modelu Glukoza-Insulina
(MATLAB)
19
19
eDiab
- funkcjonalność
•
•
•
•
•
•
•
Bezprzewodowy transfer pomiarów stężenia glukozy z glukometru i
ciśnienia z ciśnieniomierza do smartfona (Bluetooth)
Transfer danych pomiarowych ze smartfona do systemu webowego
(WiFi, GPRS - General Packet Radio Service)
Dostęp do oryginalnych i przetworzonych danych pomiarowych przez
stronę www dla uprawnionych osób (lekarz, pielęgniarka, rodzice itp.)
Klasyfikacja pomiarów z uwzględnieniem norm medycznych
Generowanie raportów z pomiarów (przebiegi czasowe, statystyki)
Generowanie alarmów w przypadku sytuacji krytycznych
Wysyłanie powiadomień e-mail do pielęgniarki i lekarza w przypadku
zarejestrowania pomiarów sklasyfikowanych jako niebezpieczne i
alarmowe
20
20
eDiab
- testy
•
Przetestowano działanie systemu przy realizacji scenariuszy
monitorowania podstawowego i adaptacji modelu pacjenta, dane
przesyłane są prawidłowo nawet przy występowaniu przerw w
połączeniu z serwerem baz danych
•
Komunikacja w sieci IPv6 (Mikrotik)
•
Integracja z UPK
•
•
negocjacja parametrów połączenia z wykorzystaniem XML-RPC
•
transfer danych pomiarowych z wykorzystaniem XMPP
Zdalne połączenie z serwerem usług MATLAB (WiFi, 3G)
21
Zadanie 3.2
Aplikacja:
Asthma
22
Asthma
- koncepcja
23
Asthma
- funkcjonalność
Osiągnięta funkcjonalność prototypu
AsthmaApp
•
•
•
24
Pozwala na przeprowadzenie testów
pacjenta
Przesyła informacje do serwera Amonit
Umożliwia
•
łączność z rejestratorem osłuchu płuc
przez interfejs Bluetooth
•
przeglądanie wyników testów
•
odczyt poziomu zanieczyszczeń na
podstawie pozycji z GPS
Asthma
- funkcjonalność
Osiągnięta funkcjonalność prototypu
Amonit
• Panel administracyjny
•
•
zarządzanie kontami pacjentów i lekarzy
Panel lekarza
•
25
Przeglądanie wyników testów
Asthma
- funkcjonalność
Osiągnięta funkcjonalność prototypu
Rejestrator osłuchu
•
•
26
Nagrania osłuchu 4ch/8kHz/16bit
Transmisja nagrań poprzez Bluetooth
Asthma
- funkcjonalność
•
•
•
AMONIT
–
Implementacja algorytmów do detekcji świstów
–
Integracja z systemem IIP
–
Implementacja mechanizmów QoS
–
Dodanie narzędzi do analizy wielokanałowych danych z osłuchu płuc
–
Integracja z komunikatorem SIP
AsthmaAPP
–
Rozszerzenie programu o obsługę Bluetooth dla innych urządzeń (spirometr)
–
Zwiększenie automatyzacji interfejsu do współpracy z rejestratorem osłuchu płuc
–
Integracja z systemem sygnalizacji IIP
–
Implementacja mechanizmów QoS
Rejestrator osłuchu płuc
–
27
Poprawa niezawodności działania prototypu
Asthma
- wyniki testów
•
Pełna integracja (sygnalizacja, QoS) z system IIP
•
Testy połączeń
•
Rezerwacja kontraktu ruchowego
•
Zwalnianie zasobów
•
Testy interfejsu do prezentacji danych audio
•
Komunikacja z urządzeniami Bluetooth
•
•
Spirometr
•
Rejestrator osłuchów
Interfejs komunikatora SIP w panelu lekarza
28
Zadanie 3.2
Aplikacja:
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
29
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
założenia
Integracja rozproszonych treści medycznych w
zindywidualizowanym kontekście pacjenta na
bazie mechanizmów sieci CAN
Akwizycja danych z osobistych urządzeń
medycznych z automatycznym zapisem w sieci
Wykorzystanie mechanizmów sieci CAN do
współdzielenia danych medycznych z
personelem medycznym, rodziną, usługami
sieciowymi
OpenMRS
EHR
Usługa Analiz
Medycznych
System IIP
Sieć Świadoma Treści
Brama eZdrowia
Rodziny
Brama eZdrowia
Rodziny
PHR
Aplikacja
mobilna
PHR
Zastosowanie standardów wymiany danych
medycznych
Pulsoksymetr
30
Waga z
analizatorem
ciała
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
osiągnięta funkcjonalność
Akwizycja i gromadzenie treści w systemie klasy PHR (Personal Health
Record – Osobisty Rekord Pacjenta) umieszczonym w sieci domowej pacjenta
Integracja systemów klasy PHR z systemami klasy EHR/EMR (Electronic
Health Record/Electronic Medical Record – Elektroniczny Rekord Pacjenta) w
Bibliotekę Cyfrową Pacjenta w oparciu o sieć świadomą treści (CAN)
Publikacja, udostępnianie i współdzielenie treści medycznych (z systemów
PHR i EHR/EMR) w ramach Biblioteki Cyfrowej Pacjenta
Pobieranie treści medycznych z sieci CAN z poziomu interfejsu użytkownika –
pacjenta (Brama eZdrowie Rodziny) oraz personelu medycznego (systemu
typu HIS – Hospital Information System – Szpitalny System Informatyczny)
Dostęp do aplikacji z poziomu terminala mobilnego (WLAN) –
akwizycja/publikacja i pobieranie treści
31
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
weryfikacja: środowisko testowe
OpenMRS
Usługa Analiz
Medycznych
EHR
PHR
PHR
Brama eZdrowie
Brama eZdrowie
Aplikacja Mobilna
RI CAN Węzeł 5
PHR
PHR
PL-LAB
Brama eZdrowie
RI CAN Węzeł 3
PHR
Brama eZdrowie
32
Brama eZdrowie
RI CAN Węzeł 1
PHR
Brama eZdrowie
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
weryfikacja: scenariusze testowe
Akwizycja danych z osobistych urządzeń medycznych w
dowolnym czasie i miejscu
Współdzielenie danych z EHR z członkami rodziny
Współdzielenie danych z PHR z lekarzem
Automatyczna analiza danych medycznych i wykrywanie
anomalii
33
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta
wnioski
Sieć CAN stanowi alternatywę funkcjonalną dla realizacji
dostępu do treści medycznych (w stosunku do istniejących
systemów klasy PHR oraz EHR)
Oparcie Biblioteki Cyfrowej Pacjenta o mechanizmy sieci CAN
pozwala w transparentny sposób zintegrować dane
przechowywane w systemach EHR (dane powstające w
jednostkach służby zdrowia) i systemach PHR (dane
„produkowane” przez samego pacjenta)
Biblioteka Cyfrowa Pacjenta dostarcza pacjentom
funkcjonalności pozwalającej rozwiązać obecne problemy
współdzielenia cyfrowych danych medycznych pomiędzy
wszystkich aktorów scenariuszy e-Zdrowie
34
Dziękuję za uwagę
35